CN103951109A - 一种新型组合式地下水除氟装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型组合式地下水除氟装置，包括自下而上依次设置的进水单元、除氟反应单元、斜管或斜板分离区、初步过滤单元、终端过滤单元、反冲洗装置、电磁排废阀；所述终端过滤单元包括中心进水管以及自下而上依次设置的不锈钢滤网和密闭的石英砂滤层；所述中心进水管底部设于初步过滤单元顶部,且贯穿不锈钢滤网和石英砂滤层中部，其下部位于不锈钢滤网与初步过滤单元之间部分为孔径0-0μm的不锈钢滤布；石英砂滤层底部设有集水区，不锈钢滤网顶部和集水区侧壁上设有互相连通的出水管。该新型除氟装置具有结构紧凑、更换方便、占地面积小、使用灵活、处理成本低、出水水质高等优点，具有较好的推广应用前景。

Description

一种新型组合式地下水除氟装置

技术领域

本发明属于水处理领域，特别涉及一种新型组合式地下水除氟装置。

背景技术

中国的地下水氟污染问题突出，高氟水分布面积超过160万平方公里，涉及用水人口近亿人。通过饮用水途径摄入过量的氟后而导致的氟中毒，是世界范围内普遍存在的严重问题。

现有地下水除氟技术主要包括混凝沉降法、活性氧化铝吸附法、电渗析法、反渗透法、离子交换法、吸附法、骨炭吸附以及沸石除氟法等，但在实际应用过程中各种技术均存在一定的问题，使其推广应用存在一定的困难。

羟基磷灰石为近期被用于地下水除氟的一种效果良好的新材料，由于材料本身没有毒害作用受到广泛关注。羟基磷灰石的形式包括粉状料和球形颗粒状滤料，并在一些实际工程中得到应用。然而，如何充分利用羟基磷灰石的吸附容量成为制约其推广应用的瓶颈之一。CN201210102971公开了一种地下水除氟装置及方法，即将粉状羟基磷灰石、混凝剂混合使用通过两者形成的絮体构建澄清单元，实现了粉状羟基磷灰石的回收利用，同时显著减少了混凝剂的使用量，降低了出水中铝离子超标的几率。然而，该方法中澄清单元上升流速较小，一般需要控制在3m/h以内，从而导致处理装置的占地面积较大，增加了处理成本。在此基础上发展出的专利CN201210364313.6将超滤膜引入到系统中，从而为工艺优化提供了较好的基础条件，且可较好的控制铝离子的含量。但同样存在超滤膜成本较高，造成装置造价及运行成本较高，在农村地区应用具有一定的限制。近期陆续出现了以羟基磷灰石为基本处理材料的除氟方法及装置，可以取得较好的除氟效果，但在实际应用中也存在一定的问题。针对目前的除氟技术所处的研究阶段，需要研发一种新型的除氟装置，在确保除氟效果的同时既可以显著降低装置占地面积，又可有效降低其运行维护费用。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种占地面积小、成本低、运行费用低的新型组合式地下水除氟装置。

技术方案：本发明提供了一种新型组合式地下水除氟装置，包括自下而上依次设置的进水单元、除氟反应单元、斜管或斜板分离区、初步过滤单元、终端过滤单元、反冲洗装置、电磁排废阀；所述进水单元为锥形进水斗，其顶部和底部分别设有弧形的导流板；所述除氟反应单元采用澄清反应体系；所述终端过滤单元包括中心进水管以及自下而上依次设置的不锈钢滤网和密闭的石英砂滤层；所述中心进水管底部设于初步过滤单元顶部,且贯穿不锈钢滤网和石英砂滤层中部，其下部位于不锈钢滤网与初步过滤单元之间部分为孔径30-70μmμm的不锈钢滤布；石英砂滤层底部设有集水区，不锈钢滤网顶部和集水区侧壁上设有互相连通的出水管；所述反冲洗装置设于不锈钢滤网与初步过滤单元之间；电磁排废阀设于不锈钢滤网与初步过滤单元之间。

作为改进，所述进水单元的锥形进水斗的高度为0.5-1.0m。

作为另一种改进，所述除氟反应单元中澄清反应体系的絮体浓度为3-10g/L，且絮体平均高度在1.0m以上；水流上升流速控制在3-5m/h。

作为另一种改进，所述斜管或斜板分离区为两层斜管或斜板组成，所述斜管或斜板的长度为500-800mm；其中一组斜管的倾角为40-50°，另一组斜管的倾角与其相反。

作为另一种改进，所述初步过滤单元为孔径为30-70μm的316L不锈钢滤布，且沿装置中心每隔20-40°设置支撑条，支撑条宽度介于20-50mm，且支撑条表面敷设橡胶垫。

作为另一种改进，所述终端过滤单元的不锈钢滤网为孔径为2-5μm的316L不锈钢滤布，且与初步过滤单元间距50-200mm。

作为另一种改进，所述终端过滤单元的石英砂滤层中填充粒径为0.9-1.35mm的均质石英砂，石英砂滤层厚度为1.0-2.0m。

作为另一种改进，所述终端过滤单元的集水区为长柄滤头或短柄滤头，所述集水区的高度为00-1000mm，其与不锈钢滤网间距200-400mm。

作为另一种改进，所述初步过滤单元与斜管或斜板分离区之间采用可拆卸式密闭连接方式，且与终端过滤单元的不锈钢滤网、中心进水管形成封闭系统。

作为另一种改进，反冲洗装置采用活动式设置，包括反冲洗进水管、设于反冲洗进水管上的水泵、与反冲洗进水管连接的反冲洗配水管；反冲洗配水管上设置侧向水嘴，水嘴与滤布间隔距离为2-5cm，倾角为40-70°。

作为另一种改进，所述初步过滤单元的316L不锈钢滤布上侧面、终端过滤单元的不锈钢滤网下侧面相对位置分别设置密封固定条，宽度为2-5cm。终端过滤单元和初步过滤单元中的不锈钢滤布的反洗采用高压水侧面冲洗的方式，其中冲洗单元采用活动式设置，在运行过程中定时转动来完成对滤布的冲洗。

有益效果：本发明提供的地下水除氟装置结构紧凑、占地面积小、使用方便、运行灵活、适用范围广，可较好地保障除氟效果及整体出水水质，具有较好的推广应用前景。

具体而言，本发明通过将进水管设置于装置内部，并设置了改变流向的导流板，从而可以确保所投加的除氟药剂与地下水在单元内充分混合并开始除氟反应过程，延长了除氟反应的时间，确保除氟过程的顺利进行。由于进水单元内设置了导流板，其可确保除氟药剂与地下水的混合效果，从而可以省略静态混合器，降低设备造价。

本发明将除氟反应单元与进水单元的连接方式进行了改进，即采用锥形进水斗，从而可以确保投加药剂能全部进入除氟单元，并避免了装置死角的出现，确保所投加的除氟药剂效能的充分发挥。

本发明在除氟反应单元上方设置一初步过滤单元，将大部分具有除氟效能的成分截留在除氟反应单元，从而有利于除氟效能的强化。

本发明通过在除氟反应单元之上设置二次过滤单元即终端过滤单元，并减少了滤布的孔隙直径，从而可以确保过滤出水水质基本满足现行生活饮用水卫生标准对悬浮物或颗粒物的要求。

本发明通过将初步过滤单元的滤布与终端过滤的滤布组合成一密闭系统，并与中心进水管相连接，从而可以利用装置内水位的势能进一步促进不锈钢滤布的过滤过程。

本发明通过设置固定的滤布过滤单元，而将反冲洗单元设置为可旋转形式，从而可以通过其转动等方式分别对部分滤布进行清洗，并实现滤布过滤的连续运行。

本发明将反冲洗单元设置为侧向冲洗方式，可以在确保反洗效果的同时，增加单个水嘴的冲洗面积，从而降低反冲洗过程的水耗。

本发明通过将石英砂滤池出水管与利用不锈钢滤布出水管连接到一起，由于石英砂滤池出水具有一定的势能，在下落过程中会形成水射器的抽吸作用，从进一步为滤布的有效过滤创造条件，并降低了能量损耗。

附图说明

图1为本发明新型组合时地下水除氟装置的结构示意图。

图2为本发明新型组合时地下水除氟装置的局部放大图。

图3为支撑条对不锈钢滤布的支撑示意图，其中，粗实线为支撑条。

具体实施方式

下面结合附图对本发明新型一体化地下水除氟装置做出进一步说明。

新型组合式地下水除氟装置，见图1，包括自下而上依次设置的进水单元1、除氟反应单元2、斜管或斜板分离区3、初步过滤单元4、终端过滤单元5、反冲洗装置6、电磁排废阀7。

进水单元1为锥形进水斗，其顶部和底部分别设有弧形的导流板11；进水单元1的锥形进水斗的高度为0.5-1.0m。

除氟反应单元2采用澄清反应体系；除氟反应单元2中澄清反应体系的絮体浓度为3-10g/L，且絮体平均高度在1.0m以上；水流上升流速控制在3-5m/h。

斜管或斜板分离区3为两层斜管或斜板组成，斜管或斜板的长度为500-800mm；其中一组斜管的倾角为40-50°，另一组斜管的倾角与其相反；

初步过滤单元4为孔径为30-70μm的316L不锈钢滤布，且沿装置中心每隔20-40°设置支撑条，支撑条宽度介于20-50mm，且支撑条表面敷设橡胶垫。

初步过滤单元4的316L不锈钢滤布和终端过滤单元5的不锈钢滤网的反洗采用高压水侧面冲洗的方式，其中冲洗单元设置于装置的固定位置，通过将不锈钢滤网转动至该固定位置来进行反洗。

初步过滤单元4与斜管或斜板分离区3之间采用可拆卸式密闭连接方式，且与终端过滤单元5的不锈钢滤网51、中心进水管53形成封闭系统。

终端过滤单元5包括中心进水管53以及自下而上依次设置的不锈钢滤网51和密闭的石英砂滤层52；中心进水管53底部设于初步过滤单元4顶部,且贯穿不锈钢滤网51和石英砂滤层52中部，其下部位于不锈钢滤网51与初步过滤单元4之间部分为孔径30-70μm的不锈钢滤布；石英砂滤层52底部设有集水区54，不锈钢滤网51顶部和集水区54侧壁上设有互相连通的出水管；；反冲洗装置6设于不锈钢滤网51与初步过滤单元4之间，且可以中心进水管为圆心进行转动。包括反冲洗进水管61、设于反冲洗进水管61上的水泵62、与反冲洗进水管61连接的反冲洗配水管63。中心进水管53水流采用顶部溢流方式将水均匀分配至滤层表面。；电磁排废阀7设于不锈钢滤网51与初步过滤单元4之间。反冲洗装置6采用活动式设置，

终端过滤单元5的不锈钢滤网51为孔径为2-5μm的316L不锈钢滤布，且与初步过滤单元4间距50-200mm；终端过滤单元5的石英砂滤层52中填充粒径为0.9-1.35mm的均质石英砂，石英砂滤层52厚度为1.0-2.0m；终端过滤单元5的集水区54为长柄滤头或短柄滤头，集水区54的高度为300-1000mm，其与不锈钢滤网51间距200-400mm。

该装置在使用时，主要包括以下步骤：

(1)将除氟药剂和待处理水通入进水单元1中，在进水单元1中混合后进入除氟反应单元2，在除氟反应单元2内混凝后，经斜管或斜板分离区3将絮体分离后，再经初步过滤单元4初步过滤，待处理水经终端过滤单元5的不锈钢滤网51过滤后从不锈钢滤网51顶部的出水管流出；随着处理过程的进行，不锈钢滤网51上会残留杂质并造成不锈钢滤网51部分堵塞，使待处理水经中心进水管53进入石英砂滤层52内，经石英砂滤层52过滤后由集水区54进入出水管；石英砂滤层52出水与不锈钢滤网51出水经同一出水管引入清水池或清水箱。

(2)设置在中心进水管53上的反冲洗装置6为高压水泵，其进水口设置于中心进水管53内侧、出口连接反清洗水嘴，由侧面冲刷不锈钢滤网51侧面将不锈钢滤网上截留的物质冲刷下来，从而使不锈钢滤网51能够继续过滤；冲刷下来的截留物质通过设置在装置侧面的电磁排废阀7定期排放。

为验证本除氟装置的效能，在河南省沈丘县某镇水厂进行了相关的效能验证。试验期间原水的水质情况如表1所示。

表1原水水质参数检测结果

通过采用不同的参数设置，验证水处理效果，该装置运行参数见表2。

表2新型组合时地下水除氟装置运行参数

检测处理后水质，结果见3。

表3处理出水水质参数检测结果

Claims (10)

1.一种新型组合式地下水除氟装置，其特征在于：包括自下而上依次设置的进水单元(1)、除氟反应单元(2)、斜管或斜板分离区(3)、初步过滤单元(4)、终端过滤单元(5)、反冲洗装置(6)、电磁排废阀(7)；所述进水单元(1)为锥形进水斗，其顶部和底部分别设有弧形的导流板(11)；所述终端过滤单元(5)包括中心进水管(53)以及自下而上依次设置的不锈钢滤网(51)和密闭的石英砂滤层(52)；所述中心进水管(53)底部设于初步过滤单元(4)顶部,且贯穿不锈钢滤网(51)和石英砂滤层(52)中部，其下部位于不锈钢滤网(51)与初步过滤单元(4)之间部分为孔径30-70μm的不锈钢滤布；石英砂滤层(52)底部设有集水区(54)，不锈钢滤网(51)顶部和集水区(54)侧壁上设有互相连通的出水管；所述反冲洗装置(6)设于不锈钢滤网(51)与初步过滤单元(4)之间；电磁排废阀(7)设于不锈钢滤网(51)与初步过滤单元(4)之间。

2.根据权利要求1所述的一种新型组合式地下水除氟装置，其特征在于：所述进水单元(1)的锥形进水斗的高度为0.5-1.0m。

3.根据权利要求1所述的一种新型组合式地下水除氟装置，其特征在于：所述除氟反应单元(2)中，水流上升流速控制在3-5m/h。

4.根据权利要求1所述的一种新型组合式地下水除氟装置，其特征在于：所述斜管或斜板分离区(3)为两层斜管或斜板组成，所述斜管或斜板的长度为500-800mm；其中一组斜管的倾角为40-50°，另一组斜管的倾角与其相反。

5.根据权利要求1所述的一种新型组合式地下水除氟装置，其特征在于：所述初步过滤单元(4)为孔径为30-70μm的316L不锈钢滤布。

6.根据权利要求1所述的一种新型组合式地下水除氟装置，其特征在于：所述终端过滤单元(5)的不锈钢滤网(51)为孔径为1-5μm的316L不锈钢滤布，且与初步过滤单元(4)间距50-200mm。

7.根据权利要求1所述的一种新型组合式地下水除氟装置，其特征在于：所述终端过滤单元(5)的石英砂滤层(52)中填充粒径为0.9-1.35mm的均质石英砂，石英砂滤层(52)厚度为1.0-2.0m；集水区(54)为长柄滤头或短柄滤头，所述集水区(54)的高度为300-1000mm，其与不锈钢滤网(51)间距200-400mm。

8.根据权利要求1所述的一种新型组合式地下水除氟装置，其特征在于：所述初步过滤单元(4)与斜管或斜板分离区(3)之间采用可拆卸式密闭连接方式，且与终端过滤单元(5)的不锈钢滤网(51)、中心进水管(53)形成封闭系统。

9.根据权利要求1所述的一种新型组合式地下水除氟装置，其特征在于：反冲洗装置(6)采用活动式设置，包括反冲洗进水管(61)、设于反冲洗进水管(61)上的水泵(62)、与反冲洗进水管(61)连接的反冲洗配水管(63)。

10.根据权利要求1所述的一种新型组合式地下水除氟装置，其特征在于：所述初步过滤单元(4)的316L不锈钢滤布上侧面、终端过滤单元(5)的不锈钢滤网(51)下侧面相对位置分别设置密封固定条，宽度为2-5cm。